Etude numérique des transferts pariétaux en écoulements turbulents supersoniques

Numerical simulations of supersonic turbulent wall-bounded flows

• Auteur / Autrice : Ouissem Ben Nasr
• Direction : Abdellah Hadjadj
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 16/05/2012
• Etablissement(s) : Rouen, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....) - Complexe de recherche interprofessionnel en aerothermochimie / CORIA
• Jury : Président / Présidente : Gabi Ben-Dor
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Sophie Mouronval, Sandrine Palerm, Ashwin Chinnayya
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Françoise Bataille, Paola Cinnella

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique des fluides

Écoulement visqueux

Modèles mathématiques

Couche limite turbulente

Mots clés libres

Couche limite supersonique

Transferts pariétaux

Paroi refroidie

Analogie forte de Reynolds

Effets de compressibilité

Modélisation sous maille

Large-eddy simulation

Supersonic boundary layer

SGS modeling

Cold-wall boundary layer

Heat transfer

Strong Reynolds Analogy

Compressibility effects

Résumé

Cette thèse traite des transferts pariétaux dans les écoulements turbulents supersoniques via la simulation des grandes échelles turbulentes. Des couches limites adiabatique et refroidie évoluant à Mach M∞ = 2 et à Reynolds Re0 ≈ 2600 sont considérées. Les simulations numériques utilisent un schéma split-centered d’ordre élevé pour la discrétisation des flux convectifs. Les résultats obtenus sont comparés aux simulations numériques directes (DNS) disponibles dans la littérature. Plusieurs modèles de sous-maille ont été testés et validés. Il a été montré que ces modèles exigent un minimum de raffinement de maillage afin de capturer les structures les plus énergétiques présentes en proche paroi. Les modèles montrent des performances différentes pour la distribution de la température à la paroi. Pour le cas d’une paroi refroidie, les fluctuations de température totale ne sont pas négligeables dans la région proche-paroi. Et l’anticorrélation (u’, T’) se basant sur l’hypothèse de Morkovin n’est pas satisfaite.

This work deals with spatially-evolving supersonic turbulent boundary layers over adiabatic and cold walls at M∞ = 2 and up to Re0 ≈ 2600 using 3 different SGS models. The numerical methodology is based on high-order split-centered scheme to discretize the convective fluxes of the Navier-Stokes equations . For the adiabatic case, it is demonstrated that all SGS models require a comparable minimum grid-refinement in order to capture accurately the near-wall-turbulence. Overall, the models exhibit correct behavior when predictiong the dynamic properties, but show different performances for the temperature distribution in the near-wall region. For the isothermal case, it is found that the compressibility effects are not enhanced due to the wall cooling. As expected, the total temperature fluctuations are not negligible in the near-wall region. The study shows that the anti-correlation linking both velocity and temperature fields, derived from the Morkovin's hypothesis, is not satisfied.